事件相關(guān)電位客觀評估視敏度的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

羅斌，季萌萌，孟歡歡，陳溪萍，陶陸陽

（1.蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部法醫(yī)學(xué)系，江蘇蘇州 215123；2.安徽龍圖司法鑒定中心，安徽合肥 230000）

事件相關(guān)電位客觀評估視敏度的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

羅斌1，2，季萌萌1，孟歡歡1，陳溪萍1，陶陸陽1

（1.蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部法醫(yī)學(xué)系，江蘇蘇州 215123；2.安徽龍圖司法鑒定中心，安徽合肥 230000）

目的研究不同視敏度水平的事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）成分特征，以期為視敏度的客觀評定提供理論依據(jù)。方法選取16名被試進(jìn)行單眼刺激。要求被試眼平視前方屏幕，注意屏幕中央的視覺刺激并對朝向不同的刺激進(jìn)行計(jì)數(shù)。屏幕的中央會顯示3種不同視敏度水平所對應(yīng)的視標(biāo)刺激圖片，分別記錄其ERP結(jié)果。結(jié)果（1）閾上視敏度水平一致刺激的P1振幅高于閾值、閾下視敏度水平一致刺激的P1振幅，閾值和閾下視敏度水平一致刺激的P1振幅差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，沖突刺激與一致刺激在3種視敏度水平的趨勢類似。（2）閾上和閾值視敏度水平都出現(xiàn)了潛伏期在340～500ms內(nèi)的P300成分；閾下視敏度水平在相應(yīng)的時(shí)間窗內(nèi)無P300成分。3種視敏度水平的P300振幅差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，振幅由大到小分別為閾上、閾值、閾下視敏度水平。結(jié)論ERP技術(shù)可以成為法醫(yī)學(xué)客觀評定視敏度的新手段。

法醫(yī)學(xué)；事件相關(guān)電位；視敏度；P1；P300

客觀評定視功能是眼損傷法醫(yī)學(xué)鑒定中的關(guān)鍵問題，其中視力是最重要的檢查指標(biāo)。但是在司法鑒定過程中，常會遇到有意夸大視力下降程度、詐盲等情況，而傳統(tǒng)的檢查方法存在較大的主觀性，因此尋求客觀的檢查手段尤為重要。目前在司法鑒定中，視誘發(fā)電位（visual evoked potential，VEP）技術(shù)被普遍應(yīng)用于各類眼科相關(guān)檢查中，已成為臨床診斷和司法鑒定的輔助檢查方法[1]。由于VEP反映的是從視網(wǎng)膜視神經(jīng)至枕區(qū)初級視皮層的電位活動，只是大腦對視覺刺激的早期反應(yīng)，所以并不適用于中樞性疾病或腦損傷后視覺功能異常者的視覺相關(guān)研究[2]。事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）是一種特殊的腦誘發(fā)電位，通過有意地賦予刺激以特殊的心理意義，利用多種刺激所引起的腦電活動。ERP反映了認(rèn)知過程中大腦的神經(jīng)電生理變化，也被稱為認(rèn)知電位[3]。

國內(nèi)外對于視覺（包括視敏度）大腦認(rèn)知整體過程的系統(tǒng)研究正處于起步階段。近些年來，隨著對大腦認(rèn)知過程的深入研究，Kimura等[4]發(fā)現(xiàn)視覺刺激圖片變大或者變小都能在大腦枕顳區(qū)皮層誘發(fā)一個(gè)峰值潛伏期在240～260 ms的視覺失匹配負(fù)波（visual mismatch negativity，vMMN）成分。2013年，Takács等[5]發(fā)現(xiàn)刺激圖片出現(xiàn)后的120～200ms，在枕頂區(qū)皮層會出現(xiàn)一個(gè)vMMN成分，這表明大腦可以自動覺察整體圖片的變化。有ERP研究[6]發(fā)現(xiàn)了不同視敏度水平之間的ERP成分（vMMN和P3a成分）之間存在差異。上述研究表明，vMMN作為ERP內(nèi)源性成分之一對視覺功能檢查有重要意義。2010年，Heinrich等[7]研究發(fā)現(xiàn)可視光柵可以引起穩(wěn)定P300成分，而P300成分不會被模糊光柵誘發(fā)；同時(shí)P300成分振幅與不可視（invisible）和可視（visible）光柵的關(guān)系是有或無的關(guān)系。這提示P300成分與視覺分辨閾值具有相關(guān)性，ERP可作為一種電生理學(xué)技術(shù)應(yīng)用于視敏度評估。

本研究運(yùn)用ERP技術(shù)以確定穩(wěn)定可靠的視覺功能相關(guān)的檢測指標(biāo)，探索應(yīng)用ERP分析評估視力的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

選取志愿者16人進(jìn)行單眼測試（16只眼），其中男性8人，女性8人，年齡在20～30歲（平均年齡為23.6歲），被試眼既往無眼外傷及疾病史，無顱腦損傷及精神疾病史，眼科常規(guī)檢查無異常改變。

1.2 儀器設(shè)備

采用美國NeuroScan公司生產(chǎn)的32導(dǎo)的EEG/ERP腦電記錄儀NeuroScan 4.3系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括采集分析電腦、同步刺激顯示器和NuAmps DC放大器。

1.3 試驗(yàn)方法

刺激圖片：選用國際標(biāo)準(zhǔn)視力表的E字視標(biāo)（即開口或朝向不同的E字），制作出與相應(yīng)視敏度視角對應(yīng)的圖片，并順序呈現(xiàn)在電腦顯示屏中央，分別包括朝向?yàn)橄蛏希ǎ?、向左（）、向右（）和向下（）的圖標(biāo)，刺激呈現(xiàn)時(shí)間為500ms，刺激間隔為400ms。

記錄方法：按國際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)10-20系統(tǒng)放置，同步記錄腦電信息，同時(shí)記錄水平眼電（horizontal electro oculogram，HEOG）和垂直眼電（vertical electro oculogram，VEOG）。水平眼電監(jiān)測電極放置在雙眼外眥1.5cm處，垂直眼電監(jiān)測電極位于左眼眶上、下2cm處，以左、右兩耳乳突的平均電位為參考，中央前額作為接地電極。

實(shí)驗(yàn)過程：被試坐于暗室的靠背椅上，眼睛水平直視于顯示屏中央。實(shí)驗(yàn)之前測試被試的主觀視力，記為閾值，每個(gè)被試進(jìn)行3個(gè)小實(shí)驗(yàn)，分別代表其閾上（主觀視力上一行視標(biāo)）、閾值（主觀視力行對應(yīng)視標(biāo)）及閾下（主觀視力下一行視標(biāo)）視敏度水平，對被試進(jìn)行單眼實(shí)驗(yàn)，用遮蓋物遮蔽非測試眼。視覺刺激圖片隨機(jī)呈現(xiàn)在屏幕上，與此同時(shí)要求被試認(rèn)真注意視覺刺激并對相鄰兩個(gè)刺激的朝向是否一致進(jìn)行判斷，朝向相同為一致刺激，朝向不同為沖突刺激，要求被試對沖突刺激進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 19.0進(jìn)行分析與處理，通過重復(fù)測量方差分析（ANOVA）及最小顯著性差異法（least significant difference，LSD）分別對ERP結(jié)果中不同視敏度水平下計(jì)數(shù)的正確率、OZ電極的P1成分振幅、PZ電極的P300成分振幅及P300差異振幅進(jìn)行分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 行為學(xué)結(jié)果

各視敏度水平下計(jì)數(shù)的正確率：閾上視敏度為80.63%，閾值視敏度為53.13%，閾下視敏度為20.39%，利用重復(fù)測量方差分析結(jié)果表明，不同視敏度水平下計(jì)數(shù)的正確率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。正確率由高到低分別為閾上視敏度、閾值視敏度、閾下視敏度。

2.2 ERP結(jié)果

不同視敏度水平一致刺激及沖突刺激誘發(fā)的P1成分主要分布在枕區(qū)，P300成分則主要分布于頂區(qū)。

2.2.1 P1成分

對3種視敏度水平（閾上、閾值、閾下）的一致刺激所引起的P1成分振幅進(jìn)行分析。結(jié)果表明，視敏度水平有主效應(yīng)[F（2，14）=5.021，P<0.05]，LSD發(fā)現(xiàn)閾上視敏度的P1振幅和閾值、閾下視敏度的P1振幅差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而閾值和閾下視敏度的P1振幅差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

對3種視敏度水平（閾上、閾值、閾下）的沖突刺激引起的P1成分振幅進(jìn)行分析。結(jié)果表明，3種視敏度水平的P1振幅有主效應(yīng)[F（2，14）=9.438，P<0.05]，LSD發(fā)現(xiàn)閾上視敏度的P1振幅和閾值、閾下視敏度的P1振幅差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而閾值和閾下視敏度的P1振幅差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05，圖1）。

圖1 3種視敏度水平的P1振幅比較

2.2.2 P300成分

圖2 各視敏度一致刺激、沖突刺激以及差異波比較

在340～500ms時(shí)間窗內(nèi)對各視敏度水平的一致刺激和沖突刺激的ERP振幅進(jìn)行視敏度水平（閾上、閾值、閾下）×刺激類型（一致、沖突）的二因素重復(fù)測量方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)閾上和閾值視敏度水平的一致刺激和沖突刺激差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而閾下視敏度水平的一致刺激和沖突刺激差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05，圖2）。

選取340～500ms時(shí)間窗對差異振幅（沖突刺激振幅減去一致刺激振幅）進(jìn)行重復(fù)測量方差分析，視敏度水平（閾上、閾值、閾下）作為組內(nèi)因素。結(jié)果表明，視敏度水平存在主效應(yīng)[F（2，14）=18.153，P<0.05]，閾上視敏度水平的平均振幅與閾值、閾下視敏度水平之間差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），閾值和閾下視敏度的平均振幅之間差異也存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05，圖3）。

圖3 3種視敏度水平的P300差異振幅比較

3 討論

在司法鑒定中，視敏度是重要的評價(jià)指標(biāo)。主觀視敏度是個(gè)體對經(jīng)驗(yàn)、記憶、分析、識別等極為復(fù)雜的加工過程，該過程屬大腦高級認(rèn)知功能，需要大腦的精確加工與識別。ERP被廣泛用于大腦的認(rèn)知加工（包括視覺認(rèn)知加工）研究，并日益成為認(rèn)知心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和精神醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要研究手段。

近年來一些研究[8，9]表明，視敏度受注意程度的影響，在檢測過程中，需要被試配合。本研究中，被試很好地配合了本實(shí)驗(yàn)。此外，有研究[10]認(rèn)為刺激參數(shù)，包括視角、顏色、對比度、亮度、時(shí)間頻率和空間頻率等會對視力結(jié)果的測定有影響。在實(shí)驗(yàn)開始之前我們對屏幕亮度、對比度、視距等參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，保證對全部受檢對象都采取同樣的實(shí)驗(yàn)條件。除此之外，對于視敏度的研究有必要關(guān)注中晚期的大腦視覺加工過程，因此，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的ERP技術(shù)恰好可以彌補(bǔ)此方面的不足。

本研究通過分析不同視敏度水平P1振幅發(fā)現(xiàn)，閾上視敏度水平一致刺激的P1振幅明顯高于閾值、閾下視敏度水平，而閾值和閾下視敏度一致刺激之間的P1振幅差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，沖突刺激與一致刺激具有類似的趨勢。這一結(jié)果與以往關(guān)于視覺VEP的研究結(jié)果[11]一致，提示P1成分可能反映了大腦對于早期視覺信息攝入量的覺察，并且閾上視敏度視覺時(shí)這種覺察更為顯著，但不能體現(xiàn)大腦對于閾值和閾下水平視標(biāo)加工處理過程的差異性。

通過對340～500 ms潛伏期內(nèi)不同視敏度水平ERP成分的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)閾上和閾值視敏度水平的一致刺激與沖突刺激ERP成分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，閾下視敏度水平的一致刺激與沖突刺激ERP成分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在閾上和閾值視敏度水平的ERP波形圖中出現(xiàn)P300成分，是由于被試能夠在主動情況下辨認(rèn)出這兩種視敏度大小的視標(biāo)朝向，并且能夠提取朝向信息進(jìn)行儲存記憶[12]，當(dāng)大腦覺察到朝向發(fā)生明確變化時(shí)便會引發(fā)P300的產(chǎn)生。相反地，在閾下視敏度水平，由于大腦無法看清“E”字視標(biāo)朝向，故無法引出P300成分。Heinrich等[7]認(rèn)為可能是隨著刺激圖片越來越小，對于一致刺激和沖突刺激的識別越來越困難，導(dǎo)致P300振幅呈逐漸下降趨勢。這一結(jié)果提示，P300成分可以作為評定視敏度水平客觀而有效的指標(biāo)。

本研究表明，ERP對于評定視敏度水平有重要意義。但由于本研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中仍然需要被試配合，倘若結(jié)合視覺信息非注意加工研究手段，相信ERP技術(shù)將成為視敏度客觀檢測的有效方法。

[1]周鑫，舒玲華.應(yīng)用視覺誘發(fā)電位分析視力的價(jià)值[J].國際眼科雜志，2007，7（1）：124-126.

[2]Bodis-Wollner I，Atkin A，Raab E，et al.Visual association cortex and vision in man：pattern-evoked occipital potentials in a blind boy[J].Science，1977，198（4317）：629-631.

[3]趙侖.ERPs實(shí)驗(yàn)教程[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010.

[4]Kimura M，Katayama J，Murohashi H.Attention switching function of memory-comparison-based change detection system in the visual modality[J].Int J Psychophysiol，2008，67（2）：101-113.

[5]Takács E，Sulykos I，Czigler I，et al.Oblique effect in visual mismatch negativity[J].Frontiers in Human Neuroscience，2013，7：591.

[6]Meng H，Ji M，Luo B，et al.The automatic processing of visual information at different visual acuity levels：An ERP study[J].Int J Psychophysiol，2015，98（1）：135-142.

[7]Heinrich SP，Marhofer D，Bach M.“Cognitive”visual acuity estimation based on the event-related potential P300component[J].Clin Neurophysiol，2010，121（9）：1464-1472.

[8]Raz A，Marinoff GP，Zephrani ZR，et al.See clearly：suggestion，hypnosis，attention，and visual acuity[J]. Int J Clin Exp Hypn，2004，52（2）：159-187.

[9]孟歡歡，羅斌，特拉提·賽依提，等.不同注意狀態(tài)對視敏度ERP檢測的影響[J].法醫(yī)學(xué)雜志，2017，33（2）：125-128.

[10]Chan H，Odom JV，Coldren J，et al.Acuity estimated by visually evoked potentials is affected by scaling[J].Doc Ophthalmol，1986，62（1）：107-117.

[11]Hashiba A，Tabuchi A，Matsuda E，et al.Visual acuity measured by pattern visual evoked potential[J]. Nippon Ganka Gakkai Zasshi，1997，101（8）：644-647.

[12]Johnson R.The amplitude of the P300component of the event-related potential：review and synthesis[J]. Adv Psychophysiology，1988，3：69-137.

Forensic Application of Objective Assessment on Visual Acuity by ERP

LUO Bin1,2,JI Meng-meng1,MENG Huan-huan1,CHEN Xi-ping1,TAO Lu-yang1
（1.Department of Forensic Medicine,Medical College of Soochow University,Suzhou 215123,China;2.Anhui Longtu Judicial Identification Center,Hefei 230000,China）

ObjectiveTo explore the composition characteristic of event related potential（ERP）in different visual acuity levels,and to provide theoretical basis for the objective assessment of visual acuity. Methods Monocular stimulus was performed on 16 selected subjects.The subjects were required to look straight at the screen ahead and count the amount of stimuli from different directions.The pictures of optotype stimulus which corresponding to three different visual acuity levels were showed in the center of the screen.The ERP results were recorded separately.Results（1）The P1amplitudes of match stimuli recorded under the supra-threshold visual acuity level were higher than that of match stimuli recorded under the threshold and sub-threshold visual acuity levels.There was no significant difference between the P1amplitudes of match stimuli recorded under the threshold and sub-threshold visual acuity levels. The tendency of conflict stimuli was similar to that of match stimuli under three visual acuity levels.（2）In the 340-500ms post-stimulus range,P300component was found under supra-threshold and threshold visual acuity levels;no P300component was found in corresponding time window under sub-threshold visual acuity.The differences of P300amplitudes among three visual acuity levels were statistically significant. The amplitudes from high to low were the supra-threshold,threshold and sub-threshold visual acuity levels.ConclusionERP can be a potential new method for the objective assessment of visual acuity in forensic medicine.

forensic medicine;event-related potentials;visual acuity;P1;P300

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.03.003

1004-5619（2017）03-0232-04

2015-05-21）

（本文編輯：陳捷敏）

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2016YFC080 0701）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81373251）；國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2015AA020503）

羅斌（1990—），男，主要從事法醫(yī)臨床學(xué)鑒定與研究；E-mail：luobinmaibox＠163.com

陳溪萍，女，主任法醫(yī)師，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事法醫(yī)臨床學(xué)研究；E-mail：xipingchen＠suda.edu.cn